DE4214254C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Spritzgießen von zweischichtigen Sohlen aus Gummi - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Spritzgießen von zweischichtigen Sohlen aus Gummi

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spritzgießen von zweischichtigen Sohlen aus Gummi gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Weiter betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 3.
Aufgrund des unterschiedlichen Reaktionsverhaltens von Gummi und thermoplastischen Kunststoffmaterialien ist der Verfahrensablauf beim Spritzgießen dieser Materialien grundsätzlich unterschiedlich, ebenso wie die erzielten Er­ gebnisse.
So war es bislang bei Verwendung von Gummi lediglich möglich, eine einfache, feste Gummisohlen herzustellen. Zumeist wurde sie als Laufsohlen eingesetzt, und zwar wegen ihrer hohen Abriebfestigkeit.
Es ist auch bekannt, einen zweischichtigen Sohlenaufbau, bestehend aus einer Laufsohle und einer Zwischensohle aus Gummi vorzusehen. Die zweite Sohle oder Zwischensohle erhöht den Dämpfungskomfort des Schuhs.
Nimmt man als Spritzmaterial Kunststoffe, also PVC oder zu Polyurethan ausreagierende Gemische aus Isocyanat und Polyol, so kann eine geschäumte Zwischensohle hergestellt werden. Dem Kunststoff wird hierbei Treibmittel zugesetzt, während des Ausvulkanisierens kommt es zur Gasbildung und die so entstehenden Gaseinschlüsse lassen eine Sohle entstehen mit hohen Dämpfungseigenschaften.
Die Dämpfungseigenschaften einer Gummisohle konnten jedoch bislang nur über die Schichtdicke des Gummis reguliert werden. So ist aus der DE-AS 20 48 596 bekannt, zweischichtige Gummisohlen in der Art und Weise an Schuhschäfte anzuformen, daß in einem ersten Verfahrensschritt eine Schaft- bzw. Komfortsohle aus einer dämpfenden Gummimasse angeformt und in einem zweiten Verfahrens schritt an diese Komfortsohle anschließend eine abriebfeste jedoch geringe bzw. praktisch keine dämpfende Wirkung zeigende Laufsohle angespritzt wird.
Aus der DE-AS 22 41 493 ist ein Verfahren bekannt zum Herstellen von mehrschichtigen Sohlen, insbesondere aus Polyurethan oder Gummi, wobei der Werkstoff zur Bildung der einzelnen Schichten aufeinanderfolgend in eine Form eingespritzt wird, deren Formhohlraum bei Aufnahme des Werkstoffes größer ist als das Volumen der jeweiligen Sohlenschicht und der nach Beendigung eines Einspritzvorgangs durch Verschieben des Bodenstempels auf das der Sohlenschicht entsprechende Volumen unter Formung der Sohlenschicht ver­ kleinert wird. Nach einer Teilverfestigung des Werkstoffs wird die obere Begrenzung für die Laufsohlenschicht entfernt und durch eine obere Begrenzung für die Zwischensohlenschicht - dem Leisten - ersetzt. Danach wird der Werkstoff für die Zwischensohlenschicht in den so entstandenen Formhohlraum eingespritzt und dieser schließlich durch Verschieben der Laufsohlenschicht zur oberen Begrenzung der Zwischensohlenschicht auf die Größe der Zwischensohlenschicht verkleinert. Die Zwischensohle weist jedoch keine die Dämpfung erhöhenden Poren auf.
Es ist aus der DE 40 22 778 A1 ein Verfahren zum Spritzgießen von Gummisohlen offenbart, bei dem die unvulkanisierte Gummirohmasse über zwei Spritzaggregate nacheinander oder gleichzeitig in zwei übereinander angeordnete, durch ein Zwischenstück voneinander getrennte und beheizte Formräume eingespritzt und dort zumindest vorvulkanisiert wird, wobei die Temperatur des Zwischenstücks so gewählt ist, daß in ihm eine vorzeitige Vulkanisation unterbunden wird. Das Zwischenstück ist zwischen die Formräume einschiebbar. In ihm liegen die temperierbaren Kanäle, die die Gummirohmasse führen, die ih­ rerseits über Düsen eingeleitet werden kann. Das Zwischenstück ist ausschließlich horizontal verfahrbar.
Bislang ist es nicht möglich, im Spritzgießverfahren eine mindestens zweischichtige Sohle mit einer Zwischensohle aus geschäumtem Gummi herzustellen. Dies ist nur bei Verwendung von thermoplastischen Kunststoffmaterialien möglich. Versuche mit Gummigemischen zeigten, daß die Gummimischung ein unkon­ trolliertes und unberechenbares Expansionsverhalten beim Aufschäumen aufwies. Die mit Gummimischung gespritzte Zwischensohle "beulte" und die Maßgenauigkeit und die Profilierung war entsprechend schlecht. Diese Sohlen waren nur zum Ankleben geeignet und mußten nachgearbeitet werden.
Dagegen können zwar geschäumte Kunststoffsohlen mittlerweile hergestellt werden, aber das Material Kunststoff hat einige Nachteile. Es ist synthetisch und benötigt chemische Industrie zu seiner Herstellung. Chemische Industrieanlagen aber belasten die Umwelt. Außerdem gibt es noch genügend Länder mit keiner oder nur wenig chemischer Industrie. Diese müssen Kunststoff teuer einführen. Sollte es sich auch noch um devisenschwache Länder handeln, so ist es durchaus möglich, daß für Kunststoffmaterialien kein Geld übrig ist. Da nützt es auch nichts mehr, daß die Technologie für die Verarbeitung von Kunststoffen durchaus bereit steht.
Auch gibt es Länder mit Einführverboten. In Rußland dürfen beispielsweise keine PVC-Sohlen eingeführt werden, da sie den extrem niedrigen Temperaturen nicht standhalten und brechen.
Bei der Verarbeitung von Kunststoffen hat dich weiter als nachteilig erwiesen, daß die verwendeten Formteile nach jedem Spritzvorgang mit Trennmittel ausgespritzt werden müssen, was eine zusätzliche umweltbelastende Maßnahme darstellt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren bzw. einer Vorrichtung zum Spritzgießen einer zweischichtigen Gummisohle ohne besonderen gerätetechnischen Aufwand zumindest eine der beiden Sohlen als geschäumte Gummisohle herzustellen.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 bzw. 3 gelöst.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird verhütet, daß mit Öffnen der Form eine unkontrollierte Expansion des Treibmittels in der Gummimischung stattfindet, mit dem Resultat einer nicht zu bestimmenden Sohlenform. Die Kombi­ nation von ausgewählter Gummimischung, dem Einhalten der üblichen Verpreßzeit, dem darauf folgenden langsamen und begrenzten Öffnen des Formhohlraums ermöglicht einen kontrollierten und gesteuerten Expansionsprozeß. Die Zwischensohle schäumt gleichmäßig auf und ist in ihrer Form und Dicke bestimmbar.
Während der Verpreßzeit vulkanisiert der Teil der Gummimasse, der direkt an den wärmenden Formteilen anliegt schneller, so daß sich eine Speckschicht bildet. Wird nach der Verpreßzeit der Formhohlraum langsam vergrößert, so kann die Gummimasse in den Freiraum expandieren. Die zuvor gebildete seitliche Speckschicht wirkt als eine Art Führungsschiene und verhindert ein Expandieren in den sich öffnenden seitlichen Freiraum.
Durch die Länge der abgesenkten Strecke wird die Sohlenstärke bestimmt. Die Sohle kann je nach Bedarf ohne Aufwand in verschiedenen Dicken hergestellt werden.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird als Gummimischung für die Zwischensohlenschicht Poro-Gummi verwendet. Poro-Gummi ist eine besondere Gummimischung mit Treibmittelzusatz, so daß das Gummi bei Erwärmung ausschäumen kann und durch Gasfreisetzung Poren entstehen und eine Sohle mit hoher Dämpfung entsteht.
Gemäß der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 3 vorgesehen. Mit dieser Vorrichtung kann gleichzeitig Zwischensohle und Laufsohle gespritzt werden. Das Zwischenstück ist horizontal und vertikal bewegbar, so daß zusammen mit dem Seitenformteil ein vergrößerter Formhohlraum zum Expandieren der Zwischensohle geschaffen werden kann.
Dabei können der Bodenstempel und das Zwischenstück gemeinsam vertikal verfahren werden. Durch diese Bewegung werden die Formhohlräume geschlossen. Das gemeinsame Verfahren von Zwischenstück und Bodenstempel ermöglicht weiter, daß der Formhohlraum für die Zwischensohle unabhängig vom Formhohlraum der Laufsohle geöffnet werden kann.
Die untere Formfläche des Zwischenstücks ist lediglich auf eine Temperatur von ungefähr 120°C beheizt. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden Laufsohle und Zwischensohle gleichzeitig gespritzt. Die später beginnende Vulkanisation der Gummimischung auf der der Laufsohle zugekehrten Seite hat aber ein günstiges Verhalten bezüglich der Speckschichtbildung zur Folge. Um ein ähnliches Verhalten bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu erzielen, wird der Boden des Formhohlraums der Zwischensohle auf eine Temperatur gebracht, die ungefähr der des Formhohlraumbodens mit aufliegender isolierender Laufsohle entspricht.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 6 sind im Zwischenstück und im Seitenformteil Einspritzkanäle für die Zuführung von Gummimischung angeordnet. Ein Seitenformteil mit Einspritzkanal ist ein be­ kanntes Formteil üblicher Spritzgießvorrichtungen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht somit, bekannte und übliche Formteile so wie sie sind einzusetzen und dezimiert damit die Kosten für einen Umbau einer üblichen Spritzform in die erfindungsgemäße Vorrichtung, um die Vorteile der Erfindung nutzen zu können.
Nach dem Herstellen von Laufsohle und geschäumter Zwischensohle wird das Zwischenstück aus der Form herausgefahren und die beiden Sohlen zusammengebracht, um auszuvulkanisieren. Dies wird durch die horizontale Beweglich­ keit des Zwischenstücks bewirkt.
Zusammenfassend ist festzustellen, das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine geschäumte Gummizwischensohle herzustellen und erlaubt dabei eine herkömmliche Spritzgießvorrichtung zu verwenden. Es kann eine geschäumte Gummizwischensohle mit zuvor bestimmbarer Form, Sohlendicke und Dämpfungsgrad hergestellt und an eine Laufsohle angeschäumt werden. Das Verfahren benötigt keinen großartigen apparativen Aufbau, sondern bedient sich der üblichen Formen für Spritzgießvorrichtungen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens ermöglicht das gleichzeitige Spritzen von Zwischensohle und Laufsohle. Auch hier werden weitestgehend handelsübliche Formteile eingesetzt, wie Leisten, Sei­ tenformteil und Bodenstempel, lediglich das Zwischenstück - ein apparativ einfach gestaltetes Teil - muß eigens für die Vorrichtung hergestellt werden.
Es ist somit geglückt, den umweltfreundlichen und nachwachsenden Rohstoff Gummi zur Herstellung einer geschäum­ ten Zwischensohle als Material einzusetzen. Ländern ohne Industrie, in denen Gummi der einzig verfügbare - oder beschaffbare - Rohstoff für die Sohlenherstellung ist, brauchen keine teuren Importe von Kunststoffen. Transportwege und knappe Devisen können eingespart werden. Gummi als Naturstoff ist unbedenklich. Gummi unterliegt keinen Einführverboten wegen nachteiligen Nebeneffekten. So können beispielsweise Sohlen aus Gummi nach Rußland exportiert werden, da Gummi temperaturresistent ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 einen Längschnitt durch den Fersenteil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Einspritzposition und
Fig. 2 die erfindungsgemäße Vorrichtung nach Fig. 1 in Verpreßposition und
Fig. 3 die erfindungsgemäße Vorrichtung nach Fig. 1 während der gesteuerten Expansion der Zwischensohlen und
Fig. 4 die erfindungsgemäße Vorrichtung nach Fig. 1 mit herausgefahrenem Zwischenstück und
Fig. 5 die erfindungsgemäße Vorrichtung nach Fig. 1 während des Ausvulkanisierens der Zwischensohle mit der Laufsohle und
Fig. 6 eine Gesamtansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 1.
Fig. 1 bis 6 zeigt in einem Ausführungsbeispiel eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Spritzgießen.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein verfahrbares Zwischenstück 1 zwischen oberen Formteilen, bestehend aus Seitenformteil 16a und Leisten 15a mit aufgezogenem Schaft 14a und einem unteren Formteil, dem Bodenstempel 2, angeordnet.
Das Zwischenstück 1 enthält einen Einspritzkanal 32, von dem Kanäle 33, 34 abgehen. Der untere Teil des Zwischenstücks 1 ist als Verdränger ausgebildet und durch das Bezugszeichen 3 gekennzeichnet. Die Kanäle 33, 34 münden in einen Formhohlraum 5. Die Unterseite des Verdrängers 3 bildet mit seiner oberen Formfläche 9 und seinem horizontalen Teilstück 30a und der Oberseite des Bodenstempels 2, bestehend aus einer unteren Formfläche 8 mit horizontalem Teilstück 31a, den Formhohlraum 5. Die Bodenstempelkontur ist als Schalenbodenstempel ausgelegt für die Fertigung einer Laufsohle 13a mit umlaufender Kante. Die Formfläche 9 weist eine Kontur 20a auf.
Die obere Formfläche des Zwischenstücks 1 setzt sich zusammen aus einem horizontalen Teilstück 26 und einer eine Kontur aufweisenden Formfläche 6 zum Formen einer Zwischensohlenunterseite. Die obere Formfläche des Zwischenstücks 1 bildet mit der Unterseite des Schafts 14a und Teilen des Seitenformteils 16a, und zwar einem horizontalen Seitenformstück 21a, welches übergeht in eine Seitenformhinterschneidung 27a und einer Dichtlippe 29a, die dichtend auf den Schaft 14a greift, den Formhohlraum 4.
Das Zwischenstück 1 ist vertikal zwischen den Seitenformteilen 16a verschiebbar. Je nach seiner Position zum Seitenformteil 16a kann es seitlich aus der Form hinaus verfahren werden. Der Bodenstempel 2 ist nur vertikal verfahrbar.
Die einzelnen Formteile werden beim Spritzgießen auf 170°C erwärmt.
Das erfindungsgemäße Verfahren läuft wie folgt ab: Laufsohle 13a und Zwischensohle 12a werden gleichzeitig hergestellt (Fig. 1 und 2). Hierzu wird Gummimasse über einen Einspritzzylinder in den Einspritzkanal 32 in die Kanäle 33 und 34 in den Formhohlraum 5 eingespritzt. Zur gleichen Zeit wird Poro-Gummi über einen Einspritzzylinder in den Kanal 24a in den Formhohlraum eingespritzt. Das Material wird durch das Einspritzen gleichmäßig in der Form verteilt. Nach dem Einspritzen wird der Bodenstempel 2 hochgefahren; dabei schießt ich der Formhohlraum 5 und das Zwischenstück 1 wird nun auf dem Bodenstempel 2 aufsitzend ebenfalls nach oben verfahren. Die Bewegung ist abgeschlossen, wenn auch Formhohlraum 4 geschlossen ist und das eingespritzte Gummimaterial in Form und Gravur gepreßt wird. Das überschüssige Material wird dabei in die Trennebene gedrückt, wie bereits im Ausführungsbeispiel 1 beschrieben.
Während der Verpreßzeit erhöht sich in den beheizten Formteilen die Temperatur der Gummimischungen. Mit Erreichen der Reaktionstemperatur beginnt die Vulkanisation (Fig. 2). Nach der vorgegebenen Verpreßzeit wird das Zwischenstück 1 zusammen mit dem Bodenstempel 2 abgesenkt, so daß sich der Formhohlraum 4 nach unten vergrößert und Expansionsraum für die Poro-Masse geschaffen wird. Derweil bleibt Formhohlraum 5 geschlossen (Fig. 3). In dieser Position wird so lange geheizt, bis die Vernetzungsreaktion und die Treibmittelentwicklung annähernd abgeschlossen sind. Ist das Poro-Material formstabil, so können die Seitenteile 16a auseinandergefahren werden. Das Zwischenstück 1 und der Bodenstempel 2 werden gemeinsam abgesenkt. Ist die gemeinsame Absenkbewegung von Zwischenstück 1 und Bodenstempel 2 beendet, so wird der Bodenstempel 2 separat weiter abgesenkt und der Formhohlraum 5 geöffnet. Das Zwischenstück 1 wird aus dem Werkzeug herausgefahren.
Der Bodenstempel 2 mit Laufsohle 13a wird hochgefahren, und Laufsohle 13a und Zwischensohle 12a werden in Kontakt gebracht und können nun gemeinsam ausvulkanisieren.
Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, die Oberfläche des Zwischenstücks 1 so zu isolieren, daß sie lediglich eine Temperatur von ungefähr 120°C aufweist. So beginnt in dieser Zone die Vulkanisation später.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch so abgeändert sein, daß der Einspritzkanal 32 mit den Kanälen 33, 34 im Bodenstempel 2 angeordnet ist und von dort die Gummimasse in den Formhohlraum 5 eingespritzt wird.
Die Vorrichtungen zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens können auch an Drehtischautomaten eingesetzt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann nicht nur bei der Direktansohlung verwendet werden, sondern auch bei der isolierten Sohlenfertigung. Hierzu muß anstelle des Leistens mit aufgezogenem Schaft ein Verdränger verwendet werden, der eine Fußkontur aufweist.

Claims (7)

1. Verfahren zum Spritzgießen von zweischichtigen Sohlen aus Gummi bzw. Gummimischungen und Verbinden derselben mitein­ ander sowie gegebenenfalls einem Schuhschaft, wobei die Formhohlräume für die Sohlenschichten durch ein Zwischen­ stück voneinander abteilbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) die Gummimischung für die Laufsohlenschicht (13a) und die Zwischensohlenschicht (12 a) aufeinanderfolgend bzw. gleichzeitig in die Formhohlräume (5) und (4) einge­ spritzt wird,
  • b) danach die Formhohlräume (5) und (4) durch die Schließ­ bewegung des Bodenstempels (2) geschlossen werden,
  • c) daraufhin das Gummimaterial bis zu einer bestimmten Re­ aktionstemperatur (beispielsweise 120° Celsius) in Form und Gravur verpreßt wird,
  • d) danach der Expansionsraum für die Zwischenschicht gebildet wird, in dem der Formhohlraum (4) durch Absenken des Bodenstempels (2) und des Zwischenstücks (1) nach unten vergrößert wird,
  • e) danach, bei ausreichender Formstabilität der Zwischen­ schicht, das Zwischenstück (1) und der Bodenstempel (2) soweit abgesenkt werden, um das Zwischenstück (1) aus dem Werkzeug herauszufahren,
  • f) daraufhin die Laufsohle (13a) mit der Zwischensohle (12a) durch Hochfahren des Bodenstempels (2) in Kontakt gebracht und ausvulkanisiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Gummimischung für die Zwischensohlenschicht (12a) Poro-Gummi verwendet wird.
3. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1
oder 2, mit einem Leisten, Seitenformteilen, Bodenstempel und einem Zwischenstück, die relativ zueinander bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück (1) zwischen Seitenformteile (16a) und auf diese aufsetzbaren Leisten (15a) und dem Bodenstempel (2) angeordnet ist und sowohl horizontal als auch vertikal verfahrbar ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bodenstempel (2) vertikal verfahrbar ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück (1) eine untere Formfläche (6) aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichne, daß im Seitenformteil (16a) ein Werkstoffeinspritzkanal (24a) mit Öffnung zum Formhohl­ raum (4) und im Zwischenstück (1) ein Werkstoffein­ spritzkanal (32) mit abgehenden Kanälen (33, 34) mit Öffnungen zum Formhohlraum (5) angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Bodenstempel (2) ein Werkstoffeinspritzkanal mit Öffnungen zum Formhohlraum (5) angeordnet ist.
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